Структура и виды РНК. Роль РНК в процессе реализации наследственной информации.
Экзамен(ЧГМА)
Раздел Биология клетки.
1. Клеточная теория, её история, основные положения, современное состояние.
Клеточная теория — одно из общепризнанных биологических обобщений, утверждающих единство принципа строения и развития мира растений, животных и остальных живых организмов с клеточным строением , в котором клетка рассматривается в качестве единого структурного элемента живых организмов.
Представление о кл.строении организма складывалось постепенно и известно как кл.теория.Она непрерывно связана с развитием методов исследования клетки и техники микроскопирования.
Впервые микроскоп для исследования применил Р.Гук в 1665г рассматривал дерево и обнаружил ячейки клетки,которые назвал цитология.
Антонио Левенгук в 1674г усовершенствовал микроскоп и откурыл мир простейших.
В 1831г англ. Ботаник Р.Броун обнаружил в клетке ядро,что позволило в 1838-1839г сформултровать кл.теорию согласно которой
Клетка-наименьшая структурная и функциональная единица жив.организмов.
В 1858г Вирхов ввел положение согласно к-му,клетка возникает из предшествующей клетки,,назвал патология.
В 19 веке было установлено ,что живое вещество клетки,т.е кл.содержимое названо протоплазмой ученым Я.Пуркинье в 1840г.
В 1866г Э.Геккель установил роль ядра в хранении и передаче насл.информации.Был открыт амитоз,митоз,мейоз.
В 1888г были описаны хромосомы и некоторые органоиды клетки.
|
|
|
Первый микроскоп изобретен в 1828г Э.Руска.В 1839г русский инженер В.Зворыкин усовершенствовал в 250 тыс.раз.
Основные положения кл.теории:
1)Клетка-это основная структурно-функц и генетическая единица живого организма.
2)Клетки всех одноклеточных и многокл-ых сходны по строению,хим.составу,и важнейших проявлениях процессов ж.д
3)Каждая клетка образуется в результате деления материнской.
4)Клетка многоклеточного орагнизма специализирована.
5)Клетка является открытой системой,через к-ю проходят и преобразуются потоки инф-ции.
т.о Клеточное строение всего живого,общность хим.состава говорит о том,что на земле все живое имеет единое происхождение.
2. Клеточная организация про- и эукариот. Гипотезы происхождения эукариот.
Прокариоты — организмы, не обладающие, в отличие от эукариот, оформленным клеточным ядром и другими внутренними мембранными органоидами . Единственная крупная кольцевая у некоторых видов — линейная двухцепочечная молекула ДНК, в которой содержится основная часть генетического материала клетки так называемый нуклеоид не связана с белками-гистонами так называемого хроматина. К прокариотам относятся бактерии, в том числе цианобактерии сине-зелёные водоросли, и археи. Потомками прокариотических клеток— митохондрии и пластиды. Основное содержимое клетки, заполняющее весь её объём, — вязкая зернистая цитоплазма.
Эукариоты — организмы, обладающие оформленным клеточным ядром, отграниченным от цитоплазмы ядерной оболочкой. Генетический материал заключён в нескольких линейныхдвухцепочных молекулах, прикреплённых изнутри к мембране клеточного ядра и образующих у подавляющего большинства кроме динофлагеллят комплекс с белками-гистонами, называемый хроматином. В клетках эукариот имеется система внутренних мембран, образующих, помимо ядра, ряд других органоидов эндоплазматическая сеть, аппарат Гольджи и др.. Представители эвглена зеленая, инфузория-туфелька.
Гипотезы
Существует две точки зрения. Согласно первой гипотезе, все клеточные органоиды ведут свое происхождение от плазмалеммы: они образовались путем впячивания отдельных участков ипоследующей дифференциации и специализации. Вторую гипотезу предложила Л. Моргулис симбиотическую теорию: никоторые мембраны способны к размножению делением, потомки утратившие способность к существованию вне клетки хозяина привел к образованию эукариотических клеток.
|
|
|
3. Эукариотическая клетка, основные структурные компоненты, их строение и функции: органоиды, цитоплазма, включения.
Цитоплазма — обязательная часть клетки, заключенная между плазматической мембраной и ядром; подразделяется на гиалоплазму основное вещество цитоплазмы, органоиды постоянные компоненты цитоплазмы и включения временные компоненты цитоплазмы. Химический состав цитоплазмы: основу составляет вода 60–90% всей массы цитоплазмы, различные органические и неорганические соединения. Цитоплазма имеет щелочную реакцию. Характерная особенность цитоплазмы эукариотической клетки — постоянное движение.
|
|
|
Функции:
1. всех компонентов клетки в единую систему
2среда для прохождения многих биохимических и физиологических процессов
3среда для существования и функционирования органоидов.
Органоиды — постоянные, обязательно присутствующие, компоненты клетки, выполняющие специфические функции.
Эндоплазматическая сеть ЭПС—одномембранный органоид. Представляет собой систему мембран, формирующих «цистерны» и каналы, соединенных друг с другом и ограничивающих единое внутреннее пространство — полости ЭПС. Два вида ЭПС: 1 шероховатая гранулярная, содержащая на своей поверхности рибосомы, и 2 гладкая агранулярная, мембраны которой рибосом не несут. Функции: 1 транспорт веществ из одной части клетки в другую, 2 разделение цитоплазмы клетки на компартменты «отсеки», 3 синтез углеводов и липидов гладкая ЭПС, 4 синтез белка шероховатая ЭПС, 5 место образования аппарата Гольджи.
Аппарат Гольджи, — одномембранный органоид. Представляет собой стопки уплощенных из 4-6 «цистерн» с расширенными краями. Функции: 1 накопление белков, липидов, углеводов, 2 модификация поступивших органических веществ, 3 «упаковка» в мембранные пузырьки белков, липидов, углеводов, 4 секреция белков, липидов, углеводов, 5 синтез углеводов и липидов, 6 место образования лизосом. Секреторная функция является важнейшей, поэтому аппарат Гольджи хорошо развит в секреторных клетках.
Лизосомы — одномембранные органоиды. Представляют собой мелкие пузырьки диаметр от 0,2 до 0,8 мкм, содержащие набор гидролитических ферментов. Ферменты синтезируются на шероховатой ЭПС, перемещаются в аппарат Гольджи, где происходит их модификация и упаковка в мембранные пузырьки, которые после отделения от аппарата Гольджи становятся собственно лизосомами. Функции: 1 внутриклеточное переваривание органических веществ, 2 уничтожение ненужных клеточных и неклеточных структур, 3 участие в процессах реорганизации клеток.
Вакуоли — одномембранные органоиды, представляют собой «емкости», заполненные водными растворами органических и неорганических веществ. В образовании вакуолей принимают участие ЭПС и аппарат Гольджи. Функции: 1 накопление и хранение воды, 2 регуляция водно-солевого обмена, 3 поддержание тургорного давления, 4 накопление водорастворимых метаболитов, запасных питательных веществ, 5 окрашивание цветов и плодов и привлечение тем самым опылителей и распространителей семян.
Митохондрия — двумембранная гранулярная или нитевидная органелла толщиной около 0,5 мкм. По форме могут быть палочковидными, округлыми, спиральными, чашевидными, разветвленными. Ограничена двумя мембранами. Наружная мембрана митохондрий 1 гладкая, внутренняя 2 образует многочисленные складки — кристы. Функции 1 синтез АТФ, 2 кислородное расщепление органических веществ.
Пластиды — органоиды эукариотических растений. Покрыты двойной мембраной и имеют в своём составе множество копий кольцевой ДНК. Три основных типа:
|
|
|
Лейкопласты — неокрашенные пластиды, как правило выполняют запасающую функцию. В лейкопластах клубней картофеля накапливается крахмал. Лейкопласты высших растений могут превращаться в хлоропласты или хромопласты.
Хромопласты — пластиды, окрашенные в жёлтый, красный, зеленый или оранжевый цвет. Окраска хромопластов связана с накоплением в них каротиноидов. Хромопласты определяют окраску осенних листьев, лепестков цветов, корнеплодов, созревших плодов.
Хлоропласты — пластиды, несущие фотосинтезирующие пигменты — хлорофиллы. Имеют зелёную окраску у высших растений, харовых и зелёных водорослей.
Рибосомы — немембранные органоиды, диаметр примерно 20 нм. Рибосомы состоят из двух субъединиц — большой и малой, на которые могут диссоциировать. Химический состав рибосом — белки и рРНК. Различают два типа рибосом: 1 эукариотические с константами седиментации целой рибосомы — 80S, малой субъединицы — 40S, большой — 60S и 2 прокариотические соответственно 70S, 30S, 50S. Функция : сборка полипептидной цепочки синтез белка.
Цитоскелет образован микротрубочками и микрофиламентами. Микротрубочки — цилиндрические неразветвленные структуры. Микрофиламенты — нити диаметром 5–7 нм, состоят из белка актина. Микротрубочки и микрофиламенты образуют в цитоплазме сложные переплетения. Функции: 1 определение формы клетки, 2 опора для органоидов, 3 образование веретена деления, 4 участие в движениях клетки, 5 организация тока цитоплазмы.
Клеточный центр включает в себя две центриоли и центросферу. Центриоль представляет собой цилиндр, стенка которого образована девятью группами из трех слившихся микротрубочек 9 триплетов, соединенных между собой через определенные интервалы поперечными сшивками. Перед делением клетки центриоли расходятся к противоположным полюсам, и возле каждой из них возникает дочерняя центриоль. Они формируют веретено деления, способствующее равномерному распределению генетического материала между дочерними клетками. Функции: 1 обеспечение расхождения хромосом к полюсам клетки во время митоза или мейоза, 2 центр организации цитоскелета.
К органоидам движения относятся реснички инфузории, эпителий дыхательных путей, жгутики жгутиконосцы, сперматозоиды, ложноножки корненожки, лейкоциты, миофибриллы мышечные клетки и др.
Жгутики и реснички — органоиды нитевидной формы, представляют собой аксонему, ограниченную мембраной. Аксонема — цилиндрическая структура; стенка цилиндра образована девятью парами микротрубочек, в его центре находятся две одиночные микротрубочки. Длина жгутика достигает 150 мкм, реснички в несколько раз короче.
Миофибриллы состоят из актиновых и миозиновых миофиламентов, обеспечивающих сокращение мышечных клеток.
Включения — это необязательные компоненты клетки, появляющиеся и исчезающие в зависимости от интенсивности и характера обмена веществ в клетке и от условий существования организма. Включения имеют вид зерен, глыбок, капель, вакуолей, гранул различной величины и формы. Их химическая природа очень разнообразна. В зависимости от функционального назначения включения объединяют в группы:
Среди трофических включений запасных питательных веществ важную роль играют жиры и углеводы. Белки как трофические включения используются лишь в редких случаях в яйцеклетках в виде желточных зерен.
Пигментные включения придают клеткам и тканям определенную окраску.
Секреты и инкреты накапливаются в железистых клетках, так как являются специфическими продуктами их функциональной активности.
Экскреты — конечные продукты жизнедеятельности клетки, подлежащие удалению из нее.
4. Биологическая мембрана: молекулярная организация, функции. Роль мембран в организации и функционирование клетки.
Роль: Мембраны отграничивают цитоплазму от окружающей среды, а также формируют оболочки ядер, митохондрий и пластид. Они образуют лабиринт эндр-плазматического ретикулума и уплощенных пузырьков в виде стопки, составляющих комплекс Гольджи. Мембраны образуют лизосомы, крупные и мелкие вакуоли растительных и грибных клеток, пульсирующие вакуоли простейших. Все эти структуры представляют собой компартменты отсеки, предназначенные для тех или иных специализированных процессов и циклов. Следовательно, без мембран существование клетки невозможно.
Функции:1 Отграничивают содержимое клетки от внешней среды и содержимое органелл от цитоплазмы.2Обеспечивают транспорт веществ в клетку и из нее, из цитоплазмы в органеллы и наоборот.3Выполняют роль рецепторов получение и преобразование сит-налов из окружающей среды, узнавание веществ клеток и т. д..4Являются катализаторами обеспечение примембранных химических процессов.4Участвуют в преобразовании энергии.
5.Ядро: строение, состав. Роль ядра в системе управления клеткой.
Ядро — это важнейшая составная часть клетки эукариот, в которой сосредоточена основная масса генетического материала. Ядро окружено оболочкой, состоящей из двух мембрана. Мембрана ядра клетки или ядерная оболочка. Каждая из которых подобна плазматической мембране. Через определенные интервалы обе мембраны сливаются друг с другом, образуя отверстия диаметром 70 нм — ядерные поры. Через них осуществляется активный обмен веществами между ядром и цитоплазмой. Размеры пор позволяют проникать из ядра в цитоплазму даже крупным молекулам и частицам. В ядре хранится наследственная информация не только о всех признаках и свойствах данной клетки, о процессах, которые должны протекать в ней например, синтез белка, но и о признаках организма в целом. Информация записана в молекулах ДНК, которые являются основной частью хромосом. В ядрах всегда присутствует одно или несколько ядрышек. Ядрышко формируется определенными участками хромосом; в нем образуются рибосомы.
Роль: Ядро осуществляет две группы общих функций: одну, связанную собственно с хранением генетической информации, другую — с ее реализацией, с обеспечением синтеза белка. Ядро представляет собой не только вместилище генетического материала, но и место, где этот материал функционирует и воспроизводится
6. Временная организация клетки. Жизненный цикл, основное содержание и значение его периодов. Митотический цикл, фазы авторепродукции и распределения генетического материала.
Клеточный цикл — это период существования клетки от момента ее образования путем деления материнской клетки до собственного деления или смерти. Важным компонентом клеточного цикла является митотический цикл —комплекс взаимосвязанных и согласованных во времени событий, происходящих в процессе подготовки клетки к делению и на протяжении самого деления.Продолжительность от 10 до 50 ч. Включается период выполнения клеткой многоклеточного организма специфических функций, а также периоды покоя. Биологическое значение митотического цикла состоит в том, что он обеспечивает преемственность хромосом в ряду клеточных поколений, образование клеток, равноценных по объему и содержанию наследственной информации. Таким образом, цикл является всеобщим механизмом воспроизведения клеточной организации эукариотического типа в индивидуальном развитии. Главные события митотического цикла заключаются в редупликации самоудвоении наследственного материала материнской клетки и в равномерном распределении этого материала между дочерними клетками.
Фазы: 1 пресинтетическая G1. Идет сразу после деления клетки. Синтеза ДНК еще не происходит. Клетка активно растет в размерах, запасает вещества, необходимые для деления: белки гистоны, структурные белки, ферменты, РНК, молекулы АТФ. Происходит деление митохондрий и хлоропластов т. е. структур, способных к ауторепродукции. Восстанавливаются черты организации интерфазной клетки после предшествующего деления;2 синтетическая S. Происходит удвоение генетического материала путем репликации ДНК. Она происходит полуконсервативным способом, когда двойная спираль молекулы ДНК расходится на две цепи и на каждой из них синтезируется комплементарная цепочка. 3 постсинтетическая G2. ДНК уже не синтезируется, но происходит исправление недочетов, допущенных при синтезе ее в S период репарация. Также накапливаются энергия и питательные вещества, продолжается синтез РНК и белков преимущественно ядерных.
7. Митоз, характеристика фаз. Механизмы пролиферации в поддержании генетического гомеостаза редупликация, равномерное распределение генетического материала.
Деление клетки включает в себя два этапа – деление ядра митоз, или кариокинез и деление цитоплазмы цитокинез.
Фазы митоза:
1 профаза. Центриоли клеточного центра делятся и расходятся к противоположным полюсам клетки. Из микротрубочек образуется веретено деления, которое соединяет центриоли разных полюсов. В начале профазы в клетке еще видны ядро и ядрышки, к концу этой фазы ядерная оболочка разделяется на отдельные фрагменты. Начинается конденсация хромосом: они скручиваются, утолщаются, становятся видимыми в световой микроскоп. В цитоплазме уменьшается количество структур шероховатой ЭПС, резко сокращается число полисом
2 метафаза. Заканчивается образование веретена деления. Конденсированные хромосомы выстраиваются по экватору клетки, образуя метафазную пластинку. Микротрубочки веретена деления прикрепляются к центромерам, или кинетохорам первичным перетяжкам, каждой хромосомы. После этого каждая хромосома продольно расщепляется на две хро-матиды дочерние хромосомы которые оказываются связанными только в участке центромеры
3 анафаза. Между дочерними хромосомами разрушается связь, и они начинают перемещаться к противоположным полюсам клетки. В конце анафазы на каждом полюсе оказывается по диплоидному набору хромосом. Хромосомы начинают деконденсироваться и раскручиваться, становятся тоньше и длиннее
4 телофаза. Хромосомы полностью деспирали-зуются, восстанавливается структура ядрышек и интерфазного ядра, монтируется ядерная мембрана. Разрушается веретено деления. Происходит цитокинез деление цитоплазмы. Начинается образование в экваториальной плоскости перетяжки, которая все более углубляется и в конце концов полностью делит материнскую клетку на две дочерние. Нетипичные формы митоза
Гомеостаз генетический — способность популяции поддерживать динамическое равновесие генетического состава, что обеспечивает ее максимальную жизнеспособность. Редупликация самоудвоение генетической информации материнской клетки и равномерное распределение ее между дочерними клетками. Это сопровождается изменениями структуры и морфологии хромосом, в которых сосредоточено более 90% информации эукариотической клетки.
8. Прямое деление клетки – амитоз. Эндомитоз, значение эндомитоза и политении для нормального функционирования организма.
Амитоз – это прямое деление ядра. При этом сохраняется морфология ядра, видны ядрышко и ядерная мембрана. Хромосомы не видны, и их равномерного распределения не происходит. Ядро делится на две относительно равные части без образования митотического аппарата.
Эндомитоз. При этом типе деления после репликации ДНК не происходит разделения хромосом на две дочерние хроматиды. Это приводит к увеличению числа хромосом в клетке иногда в десятки раз по сравнению с диплоидным набором. Так возникают полиплоидные клетки.
Политения. Происходит кратное увеличение содержания ДНК хромонем в хромосомах без увеличения содержания самих хромосом. При этом количество хромонем может достигать 1000 и более, хромосомы при этом приобретают гигантские размеры. При политении выпадают все фазы митотического цикла, кроме репродукции первичных нитей ДНК.
Обусловливают важнейшие явления жизнедеятельности: рост, развитие и восстановление тканей и органов и бесполое размножение организмов.
9. Мейоз, как процесс формирования гаплоидных гамет. Фазы мейоза, их характеристика и значение. Рекомбинация генов, её медицинское и эволюционное значение.
Мейозом называется особый способ деления эукариотических клеток, при котором исходное число хромосом уменьшается в 2 . Исходное число хромосом в мейоцитах клетках, вступающих в мейоз называется диплоидным хромосомным числом 2n Число хромосом в клетках, образовавшихся в результате мейоза, называется гаплоидным хромосомным числом n.
Фазы: Первое деление мейоза
Сущность редукционного деления заключается в уменьшении числа хромосом в два раза: из исходной диплоидной клетки образуется две гаплоидные клетки с двухроматидными хромосомами в состав каждой хромосомы входит 2 хроматиды.
Профаза 1 состоит из ряда стадий:
Лептотена стадия тонких нитей. Хромосомы видны в световой микроскоп в виде клубка тонких нитей. Раннюю лептотену, когда нити хромосом видны еще очень плохо, называют пролептотена.
Зиготена стадия сливающихся нитей. Происходит конъюгация гомологичных хромосом от лат. conjugatio – соединение, спаривание, временное слияние.
Пахитена стадия толстых нитей. Хромосомы спирализуются, хорошо видна их продольная неоднородность. Завершается репликация ДНК образуется особая пахитенная ДНК. Завершается кроссинговер – перекрест хромосом, в результате которого они обмениваются участками хроматид.
Диплотена стадия двойных нитей. Гомологичные хромосомы в бивалентах отталкиваются друг от друга. Они соединены в отдельных точках, которые называются хиазмы от древнегреч. буквы ? – «хи».
Диакинез стадия расхождения бивалентов. Отдельные биваленты располагаются на периферии ядра.
Метафаза I
В прометафазе I ядерная оболочка разрушается фрагментируется. Формируется веретено деления. Далее происходит метакинез – биваленты перемещаются в экваториальную плоскость клетки.
Анафаза I
Гомологичные хромосомы, входящие в состав каждого бивалента, разъединяются, и каждая хромосома движется в сторону ближайшего полюса клетки. Разъединения хромосом на хроматиды не происходит. Процесс распределения хромосом по дочерним клеткам называется сегрегация хромосом.
Телофаза I
Гомологичные двухроматидные хромосомы полностью расходятся к полюсам клетки. В норме каждая
дочерняя клетка получает одну гомологичную хромосому из каждой пары гомологов. Формируются два гаплоидных ядра, которые содержат в два раза меньше хромосом, чем ядро исходной диплоидной клетки. Каждое гаплоидное ядро содержит только один хромосомный набор, то есть каждая хромосома представлена только одним гомологом. Содержание ДНК в дочерних клетках составляет 2с.
Второе деление мейоза
В ходе второго деления мейоза уменьшения числа хромосом не происходит. Сущность эквационного деления заключается в образовании четырех гаплоидных клеток с однохроматидными хромосомами в состав каждой хромосомы входит одна хроматида.
Профаза II
Не отличается существенно от профазы митоза. Хромосомы видны в световой микроскоп в виде тонких нитей. В каждой из дочерних клеток формируется веретено деления.
Метафаза II
Хромосомы располагаются в экваториальных плоскостях гаплоидных клеток независимо друг от друга. Эти экваториальные плоскости могут лежать в одной плоскости, могут быть параллельны друг другу или взаимно перпендикулярны.
Анафаза II
Хромосомы разделяются на хроматиды как при митозе. Получившиеся однохроматидные хромосомы в составе анафазных групп перемещаются к полюсам клеток.
Телофаза II
Однохроматидные хромосомы полностью переместились к полюсам клетки, формируются ядра. Содержание ДНК в каждой из клеток становится минимальным и составляет 1с.
Рекомбинация генов- появление новых сочетаний генов, ведущее к новым комбинациям признаков у потомства.
Мед.значение: создании новых и совершенствовании существующих пород с.-х. животных.
Эволюционное значение: сочетанием мутационного процесса и отбора, позволяющим дать адекватное объяснение первоначальным стадиям эволюции и изменениям простых признаков у высших организмов
10. Организация наследственного материала у про-и эукариот. Химическая организация генетического материла. Структура ДНК, свойства и функции.
Геном современных прокариотических клеток характеризуется относительно небольшими размерами. У кишечной палочки Е. coli он представлен кольцевой молекулой ДНК длиной около 1 мм, которая содержит 4·106 пар нуклеотидов, образующих около 4000 генов. Основная масса ДНК прокариот около 95% активно транскрибируется в каждый данный момент времени. Как было сказано выше, геном прокариотической клетки организован в виде нуклеоида — комплекса ДНК с негистоновыми белками. У эукариот объем наследственного материала значительно больше. У дрожжей он составляет 2,3 · 107 п.н., у человека общая длина ДНК в диплоидном хромосомном наборе клеток — около 174 см. Его геном содержит 3·109 п.н. и включает по последним данным 30—40 тыс. генов.
Плазмиды — это широко распространенные в живых клетках внехромосомные генетические элементы, способные существовать и размножаться в клетке автономно от геномной ДНК.
В прокариотических бактериальных клетках обнаружены плазмиды, которые несут наследственный материал, определяющий такие свойства, как способность бактерий к конъюгации, а также их устойчивость к некоторым лекарственным веществам.
В эукариотических клетках внехромосомная ДНК представлена генетическим аппаратом органелл — митохондрий и пластид, а также нуклеотидными последовательностями, не являющимися жизненно необходимыми для клетки вирусоподобными частицами. Наследственный материал органелл находится в их матриксе в виде нескольких копий кольцевых молекул ДНК, не связанных с гистонами.
Хим. Организация ген. материала: материальным субстратом наследственности и изменчивости являются нуклеиновые кислоты, которые были обнаружены Ф. Мишером 1868 в ядрах клеток гноя. Нуклеиновые кислоты являются макромолекулами, т.е. отличаются большой молекулярной массой. Это полимеры, состоящие из мономеров — нуклеотидов, включающих три компонента: сахар пентозу, фосфат и азотистое основание пурин или пиримидин. К первому атому углерода в молекуле пентозы С-1 присоединяется азотистое основание аденин, гуанин, цитозин, тимин или урацил, а к пятому атому углерода С-5 с помощью эфирной связи — фосфат; у третьего атома углерода С-3 всегда имеется гидроксильная группа – ОН.
ДНК- макромолекула, обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов .Структура: представляет собой биополимер полианион, мономером которого является нуклеотид. Каждый нуклеотид состоит из остатка фосфорной кислоты, присоединённого по 5-положению к сахару дезоксирибозе, к которому также через гликозидную связь C—N по 1-положению присоединено одно из четырёх азотистых оснований. Две группы: пурины аденин [A] и гуанин [G] образованы соединёнными пяти- и шестичленным гетероциклами; пиримидины цитозин [C] и тимин [T] — шестичленным гетероциклом. Функции: 1. ДНК является носителем генетической информации. Функция обеспечивается фактом существования генетического кода.2. Воспроизведение и передача генетической информации в поколениях клеток и организмов. Функция обеспечивается процессом репликации.3. Реализация генетической информации в виде белков, а также любых других соединений, образующихся с помощью белков-ферментов. Функция обеспечивается процессами транскрипции и трансляции.
11. Молекулярное строение генов про- и эукариот. Принципы и этапы репликации ДНК
Важная особенность эукариотических генов – их прерывность. Это значит, что область гена, кодирующая белок, состоит из нуклеотидных последовательностей двух типов. Одни – экзоны – это участки ДНК, которые несут информацию и строении белка и входят в состав соответствующих РНК и белка. Другие – интроны – не кодируют структуру белка и в состав зрелой молекулы и-РНК не входят, хотя и транскрибируются. Процесс вырезания интронов – «ненужных» участков молекулы РНК и сращивания экзонов при образовании и-РНК осуществляется специальными ферментами и получил название Сплайсинг сшивание, сращивание. Экзоны обычно соединяются вместе в том же порядке, в котором они распологаются в ДНК. Однако не абсолютно все гены эукариот прерывисты. Иначе говоря, у некоторых генов, подобно бактериальным, наблюдается полное соответствие нуклеотидов последовательности первичной структуре кодируемых ими белков. Таким образом, ген эукариот во многом похож на оперон прокариот, хотя и отличается от него более сложной и протяженной регуляторной зоной, а также тем, что он кодирует обычно только один белок, а не несколько, как оперон у бактерии.
Основной чертой молекулярной организации прокариот является отсутствие в их клетках или вирионах — вирусных частицах, в случае вирусов ядра, отгороженного ядерной мембраной от цитоплазмы, если она существует. В отличие от эукариот, геном прокариот построен очень компактно. Количество некодирующих последовательностей нуклеотидов минимально, интроны редки. У прокариот для кодирования белков часто используются две или все три рамки считывания одной и той же последовательности нуклеотидов гена, что повышает кодирующий потенциал их генома без увеличения его размера. Простота строения генома прокариот объясняется их упрощенным жизненным циклом, на протяжении которого прокариотические клетки не претерпевают сложных дифференцировок, связанных с глобальным переключением экспрессии одних групп генов на другие.
Репликация ДНК — это процесс синтеза дочерней молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты, который происходит в процессе деления клетки на матрице родительской молекулы ДНК. При этом генетический материал, зашифрованный в ДНК, удваивается и делится между дочерними клетками. Репликацию ДНК осуществляет фермент ДНК-полимераза.
Принцип: двойная спираль ДНК, состоящая из двух комплементарных полинуклеотидных цепей, раскручивается на отдельные цепи и одновременно начинается синтез новых полинуклеотидных цепей; при этом исходные цепи ДНК играют роль матриц. Новая цепь, синтезирующаяся на каждой из исходных цепей, идентична др. исходной цепи. Когда процесс завершается, образуются две идентичные двойные спирали, каждая из к-рых состоит из одной старой исходной и одной новой цепи. Таким образом от одного поколения к другому передается только одна из двух цепей, составляющих исходную молекулу ДНК, — так называемый полуконсервативный механизм репликации.
Этап: 1 узнавание точки началу репликации; 2 расплетание исходного дуплекса спирали;3 удержание его цепей в изолированном друг от друга состоянии;4 инициацию синтеза на них новых дочерних цепей;5 их рост;6 закручивание цепей в спираль и терминацию окончание синтеза.
12. Генетический код как способ записи наследственной информации. Свойства генетического кода. Кодовая система ДНК.
Генетический код – способ записи информации о структуре белков в молекуле ДНК. Система расположения нуклеотидов в молекуле ДНК, контролирующая последовательность расположения аминокислот в молекуле белка.
●специальный кодон – инициатор АУГ, служащий сигналом, запускающим трансляцию белка на рибосоме
●кодоны-терминаторы – УАА, УАГ и УГА, стоп – сигналы, прекращающие трансляцию.
Свойства генетического кода:
●Триплетность — значащей единицей кода является сочетание трёх нуклеотидов (триплет, или кодон).
●Непрерывность — между триплетами нет знаков препинания, то есть информация считывается непрерывно.
● Неперекрываемость — один и тот же нуклеотид не может входить одновременно в состав двух или более триплетов (не соблюдается для некоторых перекрывающихся генов вирусов, митохондрий и бактерий, которые кодируют несколько белков, считывающихся со сдвигом рамки).
● Специфичность — определённый кодон соответствует только одной аминокислоте ●Вырожденность (избыточность) — одной и той же аминокислоте может соответствовать несколько кодонов.
● Универсальность — генетический код работает одинаково в организмах разного уровня сложности — от вирусов до человека
Структура и виды РНК. Роль РНК в процессе реализации наследственной информации.
Рибонуклеиновая кислота (РНК) – это однонитевой биополимер, в качестве мономеров которого выступают нуклеотиды. Матрицей для синтеза новых молекул РНК являются молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты (транскрипция РНК). В транскрипции РНК, происходящей в ядре клетки, участвует целый ряд ферментов, наиболее значимым из которых является РНК-полимераза.
Структура РНК.
Молекула имеет однонитевое строение. Полимер. В результате взаимодействия нуклеотидов друг с другом молекула РНК приобретает вторичную структуру, различной формы (спираль, глобула и т.д.). Мономером РНК является нуклеотид (молекула, в состав которой входит азотистое основание, остаток фосфорной кислоты и сахар (пептоза)). РНК напоминает по своему строению одну цепь ДНК. Нуклеотиды, входящие в состав РНК: гуанин, аденин, цитозин, урацил. Аденин и гуанин относятся к пуриновым основаниям, цитозин и урацил к пиримидиновым. В отличие от молекулы ДНК, в качестве углеводного компонента рибонуклеиновой кислоты выступает не дезоксирибоза, а рибоза. Вторым существенным отличием в химическом строении РНК от ДНК является отсутствие в молекуле рибонуклеиновой кислоты такого нуклеотида как тимин. В РНК он заменён на урацил. Функции РНК различаются в зависимости от вида рибонуклеиновый кислоты.
1) Информационная РНК (и-РНК).
Иногда данный биополимер называют матричной РНК (м-РНК). Данный вид РНК располагается как в ядре, так и в цитоплазме клетки. Основное назначение – перенос информации о строении белка от дезоксирибонуклеиновой кислоты к рибосомам, где и происходит сбор белковой молекулы. Относительно небольшая популяция молекул РНК, составляющая менее 1% от всех молекул.
2) Рибосомная РНК (р-РНК).
Самый распространенный вид РНК (около 90% от всех молекул данного вида в клетке). Р-РНК расположена в рибосомах и является матрицей для синтеза белковых молекул. Имеет наибольшие, по сравнению с другими видами РНК, размеры. Молекулярная масса может достигать 1,5 миллионов кДальтон и более.
3) Транспортная РНК (т-РНК).
Расположена, преимущественно, в цитоплазме клетки. Основное назначение- осуществление транспорта (переноса) аминокислот к месту синтеза белка (в рибосомы). Транспортная РНК составляет до 10% от всех молекул РНК, располагающихся в клетке. Имеет наименьше, по сравнению с другими РНК- молекулами, размеры (до 100 нуклеотидов).
Дата добавления: 2019-02-12; просмотров: 2991; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!